俗话说，凡事预则立，不预则废。作为教师就要在上课前做好适合自己的教案。教案可以让学生更好的消化课堂内容，减轻教师们在教学时的教学压力。怎么才能让教案写的更加全面呢？小编特地为大家精心收集和整理了“热力学第二定律”，欢迎大家与身边的朋友分享吧！

11．6热力学第二定律
一、教学目标
1．了解热传导过程的方向性
2．了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可制成
3．了解热力学第二定律的两种表述方法以及这两种表述的物理实质
4．了解什么是能量耗散
二、重点、难点分析
1．重点内容是了解热力学第二定律的两种表述方法以及这两种表述的物理实质,知道为什么第二类永动机不可制成。
2．第二类永动机不可制成的物理实质是教学的难点。
三、教学方法：教师讲解与学生课堂自学结合，并讨论归纳
四、教具：投影仪，大屏幕，相关图片
五、教学过程
（－）引入新课
有这样一个有趣的问题：地球上有大量海水，它的总质量约为1.4×1018t，只要这些海水的温度降低0.1℃，就能放出5.8×1023J的热量，这相当于1800万个核电站一年的发电量．为什么人们不去研究这种“新能源”呢？原来，这样做是不可能的．这涉及物理学的一个基本定律，就是本节要讨论的热力学第二定律。
【板书】第七节热力学第二定律
（二）进行新课
[学生带着问题阅读、讨论]：
思考：
1、何为热传导的方向性？
2、什么是第二类永动机？它违背了什么规律？
3、何为热力学第二定律？它有几种表述方法？
归纳：
Ⅰ、热传导的方向性：
高温物体只能“自发地”将热量传给低温物体，而低温物体必须要依靠外界的辅助才能将热量传给高温物体。
Ⅱ、第二类永动机
１、没有冷凝器的能从单一热源吸收热量并全部用来做功而不引起其他变化的热机。
２、特征：符合能量守恒定律；不可能引起其他变化。
３、结论：机械能和内能的转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其它变化
Ⅲ、热力学第二定律
表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不产生其他变化。（按热传导的方向性表述）
表述二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。（按能量转化的方向性表述）
小结：热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律．热力学第二定律在物理、化学、生物等学科中有重要的应用，它对于我们认识自然和利用自然有重要的指导意义。
Ⅳ、能量耗散
在自然界中的宏观过程由于方向性，使得能量在转化过程中不可能使转化后的能量全部加以利用，总会有一部分能量会流散，这种现象叫能量耗散。
（三）让学生合上书本，思考并回答问题
1．电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能不断地把箱内的热量传给外界的空气？这个事实说明了什么？
这是因为电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功(下图所示，投影)．一旦切断电源，电冰箱就不能把箱内的热量传给外界的空气了．相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使箱内的温度逐渐升高．
我们看到，热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行．要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．
2．能否生产出效率可达到100％的热机？为什么？
气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到大气中．由能量守恒定律知道Q1=W+Q2．我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率，用η表示效率，则有，
只有当气缸中工作物质的温度比大气温度高时内燃机才能工作，所以Q2这部分热量是不可避免的．热机工作时，总要向冷凝器散热，总要由工作物质带走一部分热量Q2(如下图，投影)，所以总有Q1＞W．因此，热机的效率不可能达100％．
3．能量耗散和能量守恒是否矛盾？试举例说明。
不矛盾。比如流动的水带动水磨做功，由于磨盘之间的摩擦、磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，磨盘、粮食的温度升高，水流的机械能转变成了内能．这些内能最终流散到周围的环境中．我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用．这种现象叫做能量的耗散，而总能量并没有减少。电池中的化学能转变成电能，电能又在灯泡中转变成光能．光被墙壁吸收之后变成周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用．火炉把屋子烤暖，这时高温物体的内能变成低温物体的内能．谁也不能把这些散失的能量重新收集到火炉中再次用来取暖．
自然界中的宏观过程具有方向性，能量耗散从能量转化的角度反映出这种方向性，与能量守恒定律是不矛盾的。
（四）课堂小结
通过这节课的学习，我们了解了热传导过程的方向性、什么是第二类永动机、热力学第二定律的两种表述方法以及什么是能量耗散。大家课下要多看课本，掌握好这些内容。
（五）布置作业：完成课本上练习六（P87）（1）－（4）
教学建议
1．热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，热力学第一定律对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，热力学第二定律解决哪些过程可以发生，教学时要注意讲清二者的关系。
2．热力学第二定律的两种表述，以重视按照传导过程的方向性表述，另一种是按照机械能和内能转化过程的方向性表述。这两种表述是等价的，它们都表明，自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。教学时，要注意说明这两种不同表述的内在联系，讲清这两种表述的物理实质。

扩展阅读

《热力学第二定律》知识点整理

一名优秀的教师在教学时都会提前最好准备，高中教师在教学前就要准备好教案，做好充分的准备。教案可以让上课时的教学氛围非常活跃，让高中教师能够快速的解决各种教学问题。那么怎么才能写出优秀的高中教案呢？下面是小编精心收集整理，为您带来的《《热力学第二定律》知识点整理》，仅供参考，欢迎大家阅读。

《热力学第二定律》知识点整理

一、热力学第二定律建立的历史过程
19世纪初，巴本、纽可门等发明的蒸汽机经过许多人特别是瓦特的重大改进，已广泛应用于工厂、矿山、交通运输，但当时人们对蒸汽机的理论研究还是非常缺乏的。热力学第二定律就是在研究如何提高热机效率问题的推动下，逐步被发现的，并用于解决与热现象有关的过程进行方向的问题。

1824年，法国陆军工程师卡诺在他发表的论文“论火的动力”中提出了著名的“卡诺定理”，找到了提高热机效率的根本途径。但卡诺在当时是采用“热质说”的错误观点来研究问题的。从1840年到1847年间，在迈尔、焦耳、亥姆霍兹等人的努力下，热力学第一定律以及更普遍的能量守恒定律建立起来了。“热动说”的正确观点也普遍为人们所接受。1848年，开尔文爵士(威廉·汤姆生)根据卡诺定理，建立了热力学温标(绝对温标)。它完全不依赖于任何特殊物质的物理特性，从理论上解决了各种经验温标不相一致的缺点。这些为热力学第二定律的建立准备了条件。

1850年，克劳修斯从“热动说”出发重新审查了卡诺的工作，考虑到热传导总是自发地将热量从高温物体传给低温物体这一事实，得出了热力学第二定律的初次表述。后来历经多次简练和修改，逐渐演变为现行物理教科书中公认的“克劳修斯表述”。与此同时，开尔文也独立地从卡诺的工作中得出了热力学第二定律的另一种表述，后来演变为更精炼的现行物理教科书中公认的“开尔文表述”。

上述对热力学第二定律的两种表述是等价的，由一种表述的正确性完全可以推导出另一种表述的正确性。

第4节热力学第二定律

第4节热力学第二定律
一、教材分析
本节介绍热力学第二定律，该定律与热力学第一定律是构成热力学知识的理论基础，热力学第一定律对自然过程没有任何限制，只指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，热力学第二定律解决哪些过程可以发生，教学时要注意讲清二者的关系。
二、教学目标
知识和技能
1、能判断涉及热现象的宏观过程是具有方向性的；
2、知道并理解热力学第二定律的两种经典表述；
3、形成关于宏观热现象都具有不可逆性的概念；
4、认识到热力学第一定律与热力学第二定律具有同样重要的意义。
过程和方法
分析各种热学现象的过程，归纳出现象背后的普遍规律──热力学第二定律。
情感、态度和价值观
1、体会科学发现的曲折性和必然性；
2、体会热力学第二定律对于人类实践的指导意义。
三、教学重难点
重点：热力学第二定律内容的理解。
难点：热力学第二定律的两种表述的理解。
四、学情分析
学生已经掌握了热力学第一定律，能够说出一些热现象的方向性，如热传递从高温到低温，本节要求学生更加深入的理解热现象的方向性，从现象到本质，具有一定难度。
五、教学方法
思考、讨论、总结发言，多媒体。
六、课前准备
预习学案阅读课本
七、课时安排1课时
八、教学过程
（一）预习检查、总结疑惑
（二）情景引入、展示目标
师：我们先从分析一组物理现象开始。请看下面的一些视频：①空气和二氧化氮气体的扩散；②烧红的铁棒浸入水中冷却；③向密闭的广口瓶中充气，将瓶塞充开；④在草坪上滚动的足球最终停下来；⑤一玻璃杯从桌子边缘摔在地面上破碎。（展示视频）
师：这些是我们眼中能看到的现象，大家能否描述一下上述现象的逆过程？并判断这些逆过程可能实现吗？注意语言表述的准确性，大家相互讨论一下。
（三）合作探究、精讲点拨
1.可逆与不可逆过程
（1）.热传导的方向性
生1：现象①的逆过程是均匀混合的空气与二氧化氮气体过一段时间变的泾渭分明：上面是空气，下面是二氧化氮。该过程不可能。
生2：现象②的逆过程是浸在水中的铁棒过一段时间后吸收水的热量变红了，而水温降低了。该过程不可能。
生3：现象③的逆过程是从瓶中冲出去的气体又自动回到瓶中，瓶中气体的压强达到了将瓶塞冲开时的压强。该过程不可能。
生4：现象④的逆过程是静止在草坪上的足球自动地吸收草地的热量转化为足球的动能，足球滚了起来。该过程不可能。
生5：现象错误！链接无效。的逆过程是碎在地面上的玻璃杯自动地变成完整的杯子，并跳回桌面。该过程不可能。
师：所有的这些现象有何共同特征？
生：都是不可逆的。
师：既然在不同的现象背后存在着一个共同特征，那么就应该存在着一个普遍的客观规律。事实上，许多科学家已经从不同的角度分别进行了归纳总结，提出了热力学第二定律。
(2).说明：
①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。
②热量可以自发地从高温物体传向低温物体，热量却不能自发地从低温物体传向高温物体。
③要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才能完成。电冰箱、空调就是例子。
2.热力学第二定律的两种表述
①.克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。
②.开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
3.热机
热机是把内能转化为机械能的装置。其原理是热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放热量Q2。
由能量守恒定律可得：
Q1=W+Q2
我们把热机做的功和它从热源吸收的热量的比值叫做热机效率，用η表示，即η=
4.第二类永动机
①.设想：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。
②.第二类永动机不可能制成，表示尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过程具有方向性。

典型例题
例1下列所述过程是可逆的，还是不可逆的？
A.气缸与活塞的组合内装有气体，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸间没有摩擦，气体缓慢地膨胀时；
B.上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸上摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时；
C.上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体能缓慢地膨胀时；
D.在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它温度升高；
E.在一传热容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，液体不停地搅动，可保持温度不变；
F.在一绝热容器内，不同温度的液体进行混合；
G.在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合；
解析：A.发生自由膨胀，则是不可逆的；
B.有摩擦发生，也是不可逆的；
C.是准静态无摩擦的膨胀，则为可逆过程。
D.这是做功变为热的过程，一定不可逆。
E.此过程中既有“功变热”又有“热传导”，也是不可逆过程。
F.液体的扩散是不可逆过程。
G.有一定温度差的热传导是不可逆过程。
友情提示：注意分析可逆与不可逆满足的条件。
例2一种冷暖两用型空调，铭牌标注：输入功率1kW，制冷能力1.2×104kJ/h，制热能力1.3×104kJ/h。这样，该空调在制热时，每消耗1J电能，将放出3J多热量。是指标错误还是能量不守恒？
解析：都不是。空调制冷、制热靠压缩机做功，从室内（室外）吸收热量放到室外(室内)。在制热时，放出的热量等于消耗的电能与从室外吸收的热量之和，完全可以大于电能消耗。这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。
友情提示：本题注重考查对热力学第一定律，热力学第二定律的理解。
（四）反思总结、当堂检测
（五）发导学案、布置作业
九、板书设计：
热力学第二定律的两种表述
①.克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。
②.开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
十、教学反思
与热力学第一定律不同的是，热力学第二定律与日常的生活、学习较远，并且热力学第二定律的两种表述实质上是通过大量实例归纳出来的，因此教学过程中利用好学生熟悉的热学现象和曾经接触过的物理模型就非常重要。而课堂中学生积极主动地发表个人的看法，不管是对的，还是错的，都对本课达成教学目标起到的推进作用。教学中利用流程图形象地将能量转化与守恒的特征与转化的方向性特征并重地表示出来，并从多角度描述热力学第二定律，有效地帮助学生建构了比较完整的宏观热学规律体系。

第4节热力学第二定律学案
一、预习目标
1、了解热力学第二定律的发展简史
2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可以制成
3、了解热传导的方向性
4、了解热力学第二定律的两种表述方法。
二、预习内容：
1、复习提问
①热力学第一定律的内容是什么？

②第一类永动机为什么没有制成？

③能量守恒定律是怎样表述的？

2、可逆与不可逆过程
（1）.热传导的方向性
热传导的过程可以自发地由物体向物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过程。
(2).说明：
①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。
②热量可以从高温物体传向低温物体，热量却不能自发地从物体传向物体。
③要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才能完成。电冰箱、空调就是例子。
3.热力学第二定律的两种表述
①.克劳修斯表述：；
②.开尔文表述：。
4.热机
热机是把内能转化为机械能的装置。其原理是热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放热量Q2。
由能量守恒定律可得：
Q1=W+Q2
我们把热机做的功和它从热源吸收的热量的比值叫做热机效率，用η表示，即η=
5.第二类永动机
①.设想：
②.第二类永动机不可能制成，表示尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过程具有。
三、提出疑惑

课内探究学案
一、学习目标
1、能判断涉及热现象的宏观过程是具有方向性的；
2、知道并理解热力学第二定律的两种经典表述；
二、学习过程
1.可逆与不可逆过程
2.热力学第二定律的两种表述
3.热机
例下列所述过程是可逆的，还是不可逆的？
A.气缸与活塞的组合内装有气体，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸间没有摩擦，气体缓慢地膨胀时；
B.上述装置，当活塞上没有外加压力，活塞与气缸上摩擦很大，使气体缓慢地膨胀时；
C.上述装置，没有摩擦，但调整外加压力，使气体能缓慢地膨胀时；
D.在一绝热容器内盛有液体，不停地搅动它，使它温度升高；
E.在一传热容器内盛有液体，容器放在一恒温的大水池内，液体不停地搅动，可保持温度不变；
F.在一绝热容器内，不同温度的液体进行混合；
G.在一绝热容器内，不同温度的氦气进行混合；
解析：A.发生自由膨胀，则是不可逆的；
B.有摩擦发生，也是不可逆的；
C.是准静态无摩擦的膨胀，则为可逆过程。
D.这是做功变为热的过程，一定不可逆。
E.此过程中既有“功变热”又有“热传导”，也是不可逆过程。
F.液体的扩散是不可逆过程。
G.有一定温度差的热传导是不可逆过程。
友情提示：注意分析可逆与不可逆满足的条件。
三、反思总结

四、当堂检测
1.下列关于能量转化的说法中，正确的是（）
A.机械能可以转化为内能，但内能不能转化为机械能
B.机械能可以转化为内能，内能也能转化为机械能
C.机械能不可以转化为内能，但内能可以转化为机械能
D.机械能可以转化为内能，但内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
2.关于第二类永动机，下列说法正确的是（）
A.它既不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律
B.它既违反了热力学第一定律，也违反了热力学第二定律
C.它不违反热力学第一定律，只违反热力学第二定律
D.它只违反热力学第一定律，不违反热力学第二定律
3.下列关于热机的说法中，正确的是（）
A.热机是把内能转化成机械能的装置
B热机是把机械能转化为内能的装置.
C.只要对内燃机不断进行革新，它可以把气体的内能全部转化为机械能
D.即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能
4.下列说法中正确的是（）
A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B.一切不违背能量守恒与转化定律的物理过程都是可以实现的
C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行
D.一切物理过程都不可能自发地进行
5.第二类永动机不可能制造出来的原因是因其工作原理违背（）
A.热力学第一定律
B.能的转化与守恒定律
C.热力学第二定律
D.上述三个定律
6.热量会自发地从物体传到物体，而不能自发地从物体传到物体，这就是热传导的性。
7.设想有这样一种热机，它没有冷凝器，只有第一热源，它从第一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其它变化，设想中的这种热机叫，它制成（填“能”或“不能”）
多维链接
1.自然界中，所有的宏观自发过程都具有单向性
在整个自然界中，无论有生命的或无生命的，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可逆过程。如河水向下流，重物向下落，山岳被侵蚀，房屋衰朽倒塌，人的一生从婴儿到老年到死亡等等。

2.电冰箱与空调是让“热”由低温环境传递到高温环境。这是不是自发进行的？说明理由。

课后练习与提高
1.下列关于能量转化的说法中，正确的是（）
A.机械能可以转化为内能，但内能不能转化为机械能
B.机械能可以转化为内能，内能也能转化为机械能
C.机械能不可以转化为内能，但内能可以转化为机械能
D.机械能可以转化为内能，但内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
2.关于第二类永动机，下列说法正确的是（）
A.它既不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律
B.它既违反了热力学第一定律，也违反了热力学第二定律
C.它不违反热力学第一定律，只违反热力学第二定律
D.它只违反热力学第一定律，不违反热力学第二定律
3.下列关于热机的说法中，正确的是（）
A.热机是把内能转化成机械能的装置
B热机是把机械能转化为内能的装置.
C.只要对内燃机不断进行革新，它可以把气体的内能全部转化为机械能
D.即使没有漏气，也没有摩擦等能量损失，内燃机也不能把内能全部转化为机械能
4.下列说法中正确的是（）
A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B.一切不违背能量守恒与转化定律的物理过程都是可以实现的
C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行
D.一切物理过程都不可能自发地进行
5.第二类永动机不可能制造出来的原因是因其工作原理违背（）
A.热力学第一定律
B.能的转化与守恒定律
C.热力学第二定律
D.上述三个定律
6.热量会自发地从物体传到物体，而不能自发地从物体传到物体，这就是热传导的性。
7.设想有这样一种热机，它没有冷凝器，只有第一热源，它从第一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其它变化，设想中的这种热机叫，它制成（填“能”或“不能”）
当堂检测答案：
1、BD2、C3、AD4、AC5、C6、高温低温低温高温方向性
7、第二类永动机不能

课后练习与提高答案
1.解析：由能的转化和守恒定律及能量守恒定律知各种形式的能量之间可以相互转化，但是内能在转化为机械能的过程中，由于内能的各种耗散，内能不会完全转化为机械能。故B、D正确。
答案：BD
2.解析：第二类永动机仍然遵循能量守恒定律，所以不违反热力学第一定律，但能量的转化和转移具有一定的方向性，它违反了热力学第二定律。故选C。
答案：C
3.解析：由热机的定义我们易判断A正确；内燃机在工作时内能的损失有多种途径，所以内燃机不可能把气体的内能全部转化为机械能，D正确。故选AD
答案：AD
4.解析：由热力学第一定律和热力学第二定律易判断AC是正确的。
答案：AC
5.解析：由第二类永动机的特点易判断C是正确的。
答案：C
6.解析：由热传导的特点来进行分析即可。
答案：高温、低温、低温、高温、方向
7.解析：本题考察的是对第二类永动机的理解。
答案：第二类永动机不能

《热力学第一定律》教案

经验告诉我们，成功是留给有准备的人。作为教师准备好教案是必不可少的一步。教案可以让学生更容易听懂所讲的内容，帮助教师掌握上课时的教学节奏。那么怎么才能写出优秀的教案呢？下面是小编帮大家编辑的《《热力学第一定律》教案》，供大家参考，希望能帮助到有需要的朋友。

《热力学第一定律》教案

授课题目(教学章节或主题):

第二章热力学第一定律

授课类型

专业必修课

授课时间

教材分析:

本章讲述热力学第一定律,热和功的规定和计算方法,焓的定义以及反应热的计算等,属于热力学理论的基本内容之一,对于学习后边的热力学理论具有重要的意义.

教学目的与要求:

通过本章的教学使学生初步了解热力学方法及其基本特点，掌握状态、状态函数、可逆过程等基本概念，理解状态函数的性质，理解热力学第一定律并能对物理化学过程(状态变化、相变化、化学反应等)进行有关计算。

重点与难点:

热力学的基本概念，状态函数的意义及其数学特性，焓的定义和意义，可逆过程及其意义，应用热力学第一定律计算物理化学过程的△U、△H、Q和W。应用△fHm(B)、△cHm(B)计算反应热效应。盖斯定律和基尔霍夫定律应用。卡诺循环

教学内容与过程（设想、方法、手段）:

热力学的基本概念，热、功、热力学能之间的区别与联系，状态函数的意义及其数学特性，焓的定义和意义，可逆过程及其意义，应用热力学第一定律计算物理化学过程的△U、△H、Q和W，应用△fHm(B)、△cHm(B)计算反应热效应，掌握盖斯定律和基尔霍夫定律应用，卡诺循环的意义及理想气体在诸过程的热和功的计算。

思考题、讨论题、作业

1．课后全部复习题

2．作业题：2，5，6，9，`12，16，19，20，23，26，31。

参考资料(含参考书、文献等)

胡英主编，《物理化学》

天津大学主编，《物理化学》

大连理工大学主编，《物理化学》

各种习题解题辅导书

课后所列各种参考读物

高考物理第一轮热力学定律复习学案

第十三章热力学定律

1.本章主要是研究热和功间的关系、热力学第一第二定律，了解能源的开发利用，以拓宽同学们的视野。
2.本章主要是以以前学习过的内容为基础，研究功与能间的关系，以热力学定律为基础结合各种能量间关系的计算。
3.高考中以选择题形式考查对基础知识的理解，以计算题形式计算能量间的转化和转移关系。

第一课时热力学定律

【教学要求】
1．理解热力学第一定律和能量守恒定律。
2．知道热力学第二定律，知道能源与环境的关系，了解新能源的开发和利用。
【知识再现】
一、功和能
做功与热传递在改变内能方面二者是等价的．做功时内能与其它形式的能相互转化．热传递是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。
二、热力学第一定律
功、热量跟内能改变之间的定量关系△U＝W+Q。
三、能的转化和守恒定律
1．能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式为另一种形式或从到另一个物体。
2．不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器叫，它违背了能的，因此这种机器制造出来。
四、热力学第二定律
1．热力学第二定律的两种表述
表述一，不可能使由低温物体传递到而不引起其他。
表述二：不可能从并把它全部用来对外而不引起其他变化。
2．第二类永动机：只从吸取热量，使之全部用来做功，而不引起其他变化的热机。
五、能源的开发利用
1．能源与人类发展关系是：。
2．能源与环境的关系是：。
3．等为新能源。
知识点一温度、热量、功、内能
功、热量是能量转化转移的量度，是与内能的变化相联系的，是过程量．内能是状态量．物体的内能大，并不意味着物体一定会对外做功或向外传递热量，或者做的功多，传递的热量多．只有物体的内能变化大的过程中做的功或传递的热量才会多．温度只是分子平均动能的标志．物体的内能除与温度有关外，还与物体的物质的量、体积、物态等因素有关．
【应用1】判断下列各种说法是否正确()
A．物体从10℃变为8℃，其热量减少了．
B．物体从10℃变为8℃，放出了一定的内能．
C．物体从10℃变为8℃，其内能减少了．
D．物体从10℃变为8℃，物体可能释放了一定热量．
导示:热量是在有热交换过程中内能转移的物理量，物体没有热量减少的说法，A错。B中也只能说是放出了热量，而不是内能，B错。物体的内能不仅与温度有关，还与体积有关，C错。物体温度降低，可能向外传热，也可能有做功过程，D正确。
热力学问题中，一样要区分过程量与状态量之间的关系，
知识点二热力学第一定律
物体内能的增量△U等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和．表达式：W十Q＝△U
【应用2】关于物体内能及其变化，下列说法中正确的是()
A．物体的温度改变时，其内能必定改变
B．物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热量，其内能不一定改变
C．对物体做功，其内能必定改变；物体向外传出一定热量其内能必定改变
D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变
导示:物体的内能不仅与温度有关，还与体积有关，温度改变，内能不一定变化，A错。改变物体内能有两种方式：做功与热传递。物体对外做功，其内能不一定改变；同样向物体传递热量，其内能不一定改变，B正确，CD错。故选B。
符号法则：外界对物体做功，物体体积减小，W取正值；物体对外界做功，物体体积增大，W取负值．物体吸收热量，Q取正值；物体放出热量，Q取负值；物体内能增加，△U取正值，物体内能减少，△U取负值．
知识点三能量守恒定律
能量是量度物体运动的物理量，不同形式的能与不同的运动形式相对应．如：内能与分子热运动相对应，电能与电荷运动相对应等．能的转化一定要通过做功才能实现，而能的转移要通过某种形式的传递来完成．不同形式能的转化，意味着物体的运动由一种形式转化成了另一种形式，因此，能量守恒是沟通不同运动的重要纽带．
【应用3】如图所示，容器A、B各有一个自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，A、B的底部由带着阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，开始时，A中的水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡，在这个过程中（）
A．大气压力对水做功，水的内能增加
B．水克服大气压力做功，水的内能减少
C．大气压力对水不做功，水的内能不变
D．大气压力对水不做功，水的内能增加
导示:大气压力对左侧水做功，同时右侧水对大气做功，可知两者做功相等，所以大气对水做功为零。而水的内能增加的原因是因为重力对水做了功，转化成了水的内能。故ABC错，D正确。
各种形式的能在转化和转移中总能量守恒是无条件的，而某种或某几种形式的能的守恒是有条件的，如：在只有重力和弹力做功时，机械能才守恒，对此应予以注意．某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等，如：相互摩擦的系统中，一对滑动摩擦力所做的总功是负值，因此使系统的机械能减少，内能增加，摩擦力所做总功的绝对值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，即等于系统损失的机械能．同理，若某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等，这也是列能量守恒定律方程式的两条基本思路．
知识点四热力学第二定律
热力学第一定律和热力学第二定律是热力学知识的基础理论．热力学第一定律指出任何热力学过程中能量守恒，而对过程没有其他限制。热力学第二定律指明哪些过程可以自发的发生，哪些过程不可能自发的发生，如：第二类永动机不可能实现，热机效率不可能是100％，热现象过程中能量耗散是不可避免的，宏观的实际的热现象过程是不可逆的．
【应用4】下列说法中正确的是（）
A．热量能自发地从高温物体传给低温物体
B．热量不能从低温物体传到高温物体
C．热传导是有方向的
D．能量耗散说明能量是不守恒的
导示:热量能自发地从高温物体传给低温物体，而从低温物体传到高温物体则必需有一定的条件，A对B错。热传导具有方向性，C正确。所有物理现象都遵循能的转化与守恒定律，D错。故选AC。
热力学第二定律有多种表述，但无论用什么方式表述，都是揭示了自然界的基本规律：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的．
类型一热力学第一定律的应用
物体内能的增加与否，不能单单只看做功或者热传递，要将二者结合起来，内能的变化由△U＝W+Q得到．应用热力学第一定律时，注意正确判断△U、W、Q的正负号。
【例1】在温度均匀的液体中，一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面，上升过程中气泡的体积不断地增大，则气泡在浮起的过程中()
A．放出热量B．吸收热量
C．不吸热也不放热D．无法判断
导示:气体分子之间的距离很大，相互作用力很小，对气体来说，气体的状态变化时，分子势能几乎不变．所以，一定质量的气体的内能的变化，就是气体分子热运动的动能总和的变化，即由温度的变化决定．在温度均匀的液体中，一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面的过程中，小气泡温度不变，其内能增量△U＝0．上升过程中，气泡的体积不断增大，气体对外做功，即有W0，根据热力学第一定律，可知Q0，所以气泡在浮起的过程中，吸收热量，因此选项B正确．
物体处于大气环境中，做功的一个显著特点是物体的体积发生了变化，体积增大，物体对外做功，体积减小，外界对物体做功。
类型二能量守恒定律的应用
通过做功把其他形式的能量(特别是机械能)转化为内能的问题是一类重要的综合题．解这类综合题的关键在于弄清内能的来源．如：在机械能与内能相互转化的过程中，转化为内能的往往不是研究对象的全部机械能，而是系统损失的机械能．
【例2】直立容器内部有被隔开的AB两部分气体,A的密度小,B的密度大,抽去隔板,加热气体,使这两部分气体均匀混合,设在此过程中气体吸热Q,气体内能增量为ΔU,则
A.ΔU=QB.ΔUQC.ΔUQD.无法比较
导示:AB混合前重心在中线以下，混合后重心在中线上，所以系统重力势能增大.吸收热量的一部分转化为重力势能，故ΔUQ。故选B。
此类问题往往会结合平抛运动、圆周运动、相对运动、电磁感应等力、电知识，需要综合运用系统能量守恒等重要规律，是高考中的一个重点．
1．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门,冰箱冰箱正常工作,过一段时间房间内的温度将如何变化?（）
A.降低B.升高C.不变D.无法判断
2．下列说法中正确的是()
A．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B．根据热力学第二定律，可以发明一种机器将散失的能量重新收集、重新利用
C．可以用特殊的方法，使热机效率达到100％
D．冰箱可以实现热量从低温物体传给高温物体，所以热力学第二定律不正确
3．如图,密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计.置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部,另一端固定在活塞上.弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为0).现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后,活塞静止,气体达到平衡状态.经过此过程（）
A.Ep全部转换为气体的内能
B.Ep一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
C.Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D.Ep一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能

参考答案：
1．B2．A3．D

文章来源：http://m.jab88.com/j/22593.html

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